膜下滴灌條件下不同灌溉制度的玉米產(chǎn)量與水分利用效應(yīng)

劉一龍，張忠學(xué)*，郭亞芬，王忠波

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，哈爾濱 150030；2.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，哈爾濱 150040）

水資源是21世紀(jì)稀缺的基礎(chǔ)自然資源，是一個(gè)國(guó)家或區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要戰(zhàn)略資源。當(dāng)前水資源短缺已成為全球的第一生態(tài)問(wèn)題，干旱缺水已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要的制約因素。我國(guó)水資源時(shí)空分布不平衡，且由于人口眾多，人均占有水資源僅為世界人均占有量的27%[2]。因此節(jié)水農(nóng)業(yè)尤為重要。

滴灌是一種最節(jié)水的灌水技術(shù)，滴灌的水直接精確地用于作物的根區(qū)，使作物始終處在較優(yōu)的土壤水分條件下，從而避免了其他灌水方式產(chǎn)生的周期性水分過(guò)多或水分虧缺的情況，并能有效地減少蒸發(fā)、徑流和深層滲漏的水量損失，因此滴灌能夠增加作物產(chǎn)量提高水分利用效率[3-4]。在我國(guó)，新疆天業(yè)集團(tuán)在棉花和番茄方面運(yùn)用膜下滴灌技術(shù)，初步試驗(yàn)結(jié)果表明：膜下滴灌棉花的灌水量可由常規(guī)灌水量525～600 mm降到240～345 mm，棉花產(chǎn)量提高30%～50%，番茄增加收入2倍左右，而且膜下滴灌可以提高勞動(dòng)效率[5]。形成玉米產(chǎn)量的因素有水、肥、氣、熱、光等，水分是最活躍的因素，它制約其他因素，只有在水分適宜的情況下，其他因素才能發(fā)揮最大的作用，玉米才能形成最高的產(chǎn)量[6-8]。灌水時(shí)間不宜，灌水量不足或過(guò)大都會(huì)制約玉米的產(chǎn)量。松嫩平原是我國(guó)重要的商品糧基地，玉米播種面積占糧食作物面積比例最高，但是旱災(zāi)是玉米單產(chǎn)不穩(wěn)的重要因素之一，采用膜下滴灌技術(shù)是抵御旱災(zāi)、提高玉米產(chǎn)量的重要措施[9]。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2008年4月～11月在黑龍江省杜蒙縣農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)進(jìn)行。供試品種為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)常用品種富友9號(hào)。該園區(qū)位于東經(jīng)124°25′，北緯46°5′，海拔145.4 m。多年平均降雨量407.7 mm，年平均蒸發(fā)量1 795.4 mm，初霜日期為10月2日，終霜日期為5月4日，無(wú)霜期150 d。屬于典型的大陸性溫帶半干旱氣候。該試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為沙壤土，供試土壤物理性質(zhì)如表1所示。

1.2 方法

試驗(yàn)于4月24日播種，統(tǒng)一施肥，滴灌保墑水90 m3·hm-2，采用大壟雙行種植形式，保苗株數(shù)為7.2萬(wàn)株·hm-2。玉米全生育期內(nèi)有效降雨為399.9 mm，灌溉定額設(shè)計(jì)依次為450、600、750 m3·hm-2；灌水次數(shù)分別為：3次、4次、5次。共設(shè)9個(gè)處理，以不滴灌的玉米作對(duì)照，各3次重復(fù)，隨機(jī)排列。灌水日期分別為：3次（6月16日、7月16日、8月16日）；4次（6月16日、7月6日、7月26日、8月16日）；5次（6月16日、7月2日、7月16日、8月2日、8月16日）。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤物理性質(zhì)Table 1 Experimental soil property

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水條件下的產(chǎn)量及其指標(biāo)分析

2.1.1 玉米產(chǎn)量指標(biāo)分析

結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2中可以看出，C2灌溉定額為750 m3·hm-2，灌溉4次的情況下的禿尖率最低9.5%，這說(shuō)明在玉米需水關(guān)鍵期（灌漿期）增加灌水定額可以有效降低禿尖率。C2的干物質(zhì)重和穗粗也最大，分別為390.54 g、20.20 cm。每穗粒重也相對(duì)較大。

表2 不同灌水條件下的產(chǎn)量及其指標(biāo)分析Table 2 Yield and index analysis among different irrigation schedule

A2灌溉定額為450 m3·hm-2，灌溉4次的情況下的禿尖率最高為19.90%，干物重為284.25 g為最低，每穗排數(shù)和每穗粒重分別為16.1排和179.3 g，同處理比較也為最低。

B1、B2、B3在相同灌溉定額，不同灌溉次數(shù)的比較中發(fā)現(xiàn)，B2灌溉4次的穗長(zhǎng)最大，比B1的穗長(zhǎng)大3.7%，比B3的穗長(zhǎng)大6.2%。B2的禿尖長(zhǎng)最短，分別比B1和B3的禿尖長(zhǎng)減小18.5%和17.2%。

A2、B2、C2在相同的灌水次數(shù)，不同的灌溉定額的比較中發(fā)現(xiàn)，隨著灌水量的增加玉米的禿尖長(zhǎng)度呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，C2的禿尖長(zhǎng)度分別比A2和B2下降50.6%、18.9%，玉米每穗粒重呈上升趨勢(shì)，C2的每穗粒重相對(duì)于A2增產(chǎn)18 g，而相對(duì)于B2的增產(chǎn)不明顯。

在所有膜下滴灌處理與常規(guī)種植CK的比較中發(fā)現(xiàn)，CK的禿尖長(zhǎng)最大，每穗粒重最低。在B2灌溉定額為600 m3·hm-2，灌水4次的情況下，禿尖長(zhǎng)比CK減少41.11%，每穗粒重比CK增加一倍。

2.1.2 玉米產(chǎn)量及其水分利用效率分析

如表3所示，灌溉定額為450 m3·hm-2時(shí)，A1的產(chǎn)量最高為13 779 kg·hm-2，水分利用效率也最高為 2.7312 kg·m-3；灌溉定額為 600 m3·hm-2時(shí)，B2的產(chǎn)量最高為15 210 kg·hm-2，水分利用效率也最高為 2.8430 kg·m-3；灌溉定額為 750 m3·hm-2時(shí)，C3的產(chǎn)量最高為15 646 kg·hm-2，但C1的水分利用效率也最高為2.8571 kg·m-3。由此得出，相同灌溉定額不同灌溉次數(shù)對(duì)產(chǎn)量有影響。在灌溉3次的情況下，灌溉定額為750 m3·hm-2時(shí)產(chǎn)量最高，水分利用效率也最高為2.8571 kg·m-3； 在灌溉4次的情況下，雖然灌溉定額為750 m3·hm-2的產(chǎn)量最高，但灌溉定額為600 m3·hm-2的產(chǎn)量與之所差無(wú)幾，其水分利用效率最高為2.8430 kg·m-3；在灌溉5次的情況下，灌溉定額為750 m3·hm-2的產(chǎn)量和水分利用效率均為最高。由此得出，在相同灌水次數(shù)條件下，適當(dāng)增加灌溉定額在一定程度上可以增加玉米產(chǎn)量，但超過(guò)一定值之后，產(chǎn)量并無(wú)顯著提高。

表3 各處理產(chǎn)量、水分利用率及耗水系數(shù)

綜合以上灌溉制度，從兼顧產(chǎn)量和節(jié)水的角度分析，灌溉定額為600 m3·hm-2，灌溉4次的處理是比較適宜的灌溉制度，其產(chǎn)量為15 210 kg·hm-2，水分利用效率為2.8430 kg·m-3。其灌溉時(shí)間為6月16日、7月6日、7月26日、8月16日。

2.1.3 相同灌溉定額下不同灌溉次數(shù)的產(chǎn)量分析

從圖1中可以看出，當(dāng)灌溉定額為450 m3·hm-2時(shí)，灌溉次數(shù)對(duì)玉米影響較大，且A1的產(chǎn)量最大，A2的產(chǎn)量最小。當(dāng)灌溉定額為600 m3·hm-2時(shí)，不同的灌水次數(shù)對(duì)產(chǎn)量影響較大。B2的產(chǎn)量最大，B1和B3的產(chǎn)量幾乎持平。B2高于B1的產(chǎn)量5.52%，B2高于B3的產(chǎn)量5.72%。當(dāng)灌溉定額為750 m3·hm-2時(shí)，灌溉次數(shù)對(duì)玉米產(chǎn)量影響較小，經(jīng)方差分析各處理間無(wú)顯著差異。

圖1 相同灌溉定額下不同灌溉次數(shù)的產(chǎn)量Fig.1 Yield relation of the same irrigation ration with different irrigation times

2.1.4 產(chǎn)量與灌溉水量關(guān)系分析

各處理產(chǎn)量與灌溉水量之間的擬合曲線見(jiàn)圖2。

由圖2可以分析出產(chǎn)量和灌溉水量之間的函數(shù)式：

其中R2=0.8872。

從上式可以得出：當(dāng)灌溉水量為907 m3·hm-2時(shí)，所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量最高，為15 727 kg·hm-2。如果灌水量小于907 m3·hm-2，產(chǎn)量會(huì)隨著灌水量的增加而增加。通過(guò)本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)灌水量和小于某一臨界值時(shí)，產(chǎn)量會(huì)隨著水量的增加而增加，但超過(guò)最大的臨界值后產(chǎn)量反而會(huì)隨著水量的增加而減少[10]。這說(shuō)明玉米雖是一種高耗水性植物，但當(dāng)灌水量增加到最大臨界值時(shí)，此時(shí)再增加灌水量不但不會(huì)增加產(chǎn)量，反而會(huì)使產(chǎn)量降低。

3 討論

在膜下滴灌條件下，玉米生育期內(nèi)需水量不僅與玉米種植密度有關(guān)，還與氣象條件及土壤水分狀況有關(guān)。玉米全生育期耗水量總體趨勢(shì)是隨著灌溉水量的增加而增長(zhǎng)。整個(gè)生育期內(nèi)的需水量表現(xiàn)為苗期耗水量少，生育中期隨著氣溫的逐漸升高和植株的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)發(fā)育所需水量進(jìn)一步增強(qiáng)，耗水量也增大，生育后期表現(xiàn)為略少的變化趨勢(shì)[11-12]。本試驗(yàn)改變傳統(tǒng)人工覆膜和鋪設(shè)滴灌帶的方式，應(yīng)用了一種鋪設(shè)滴灌帶、覆膜、壓膜農(nóng)機(jī)器械，節(jié)約了大量的人力資源。但在覆膜條件下，玉米苗期存在放苗問(wèn)題。同一試驗(yàn)小區(qū)，出苗有先后，株高不同一，試驗(yàn)中采取人工放苗，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有待進(jìn)一步改進(jìn)。另外本試驗(yàn)是針對(duì)大田的膜下滴灌，由于天氣等客觀因素和設(shè)計(jì)處理相對(duì)較少的原因，這會(huì)使試驗(yàn)產(chǎn)生一些誤差，如有可能，在以后的試驗(yàn)中應(yīng)多增加一些土壤水分和溫度測(cè)試項(xiàng)目[13-14]。農(nóng)作物覆膜栽培技術(shù)造成了一些環(huán)境問(wèn)題，主要是殘膜的污染和回收加工問(wèn)題，而推廣各類降解塑膜又會(huì)增加種植成本，因此經(jīng)濟(jì)實(shí)用的覆膜耕作技術(shù)是目前應(yīng)當(dāng)研究的重要課題[15-16]。

4 結(jié)論

a.玉米全生育期膜下滴灌與傳統(tǒng)種植相比，增產(chǎn)效果顯著。灌溉定額為600 m3·hm-2，灌水4次的灌溉制度是傳統(tǒng)種植產(chǎn)量的兩倍。

b.灌溉定額為600 m3·hm-2，灌水4次的灌溉制度的產(chǎn)量與灌溉定額為750 m3·hm-2，灌水5次的灌溉制度的最高產(chǎn)量差異不大，說(shuō)明節(jié)水與增產(chǎn)并不矛盾可同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

c.在玉米整個(gè)生育期內(nèi)，在灌溉定額較小的情況下，適當(dāng)?shù)臏p少灌水次數(shù)，可提高玉米產(chǎn)量。

d.從兼顧產(chǎn)量和節(jié)水的角度分析，灌溉定額為600 m3·hm-2，灌溉4次的處理是比較適宜的灌溉制度。

[1]陳家琦,王浩,楊小柳.水資源學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[2]張忠學(xué),郭亞芬,王柏,等.黑龍江省西部半干旱區(qū)大豆水分生產(chǎn)函數(shù)試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2008,27(3):49-51.

[3]Kipkoir E C,Raes D,Massawe B.Seasonal water production functions and yield response factors fomaize and onion in Perkerra.Kenya[J].Agricultural Water Management,2002(56):229-240.

[4]徐敏,韓曉軍,王子勝.新疆棉花生產(chǎn)膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用研究[J].作物雜志,2005(6):56-58.

[5]魏永霞,張忠學(xué),王利敏.東北半干旱區(qū)大豆抗旱灌溉最佳供水模式的盆栽試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2006,25(3):34-37.

[6]李曉玲,劉普海,成自勇,等.不同灌溉方式下玉米節(jié)水增產(chǎn)效果實(shí)驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉,2001,12(3):7-9.

[7]李嚴(yán)坤,張忠學(xué),仲爽.水肥處理對(duì)玉米葉片水分利用效率及其光合特性的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,39(10):15-19.

[8]桑艷朋.膜下滴灌條件下甜瓜田間需水規(guī)律的研究[D].石河子:石河子大學(xué),2005.

[9]周欣,騰云,張忠學(xué).東北半干旱區(qū)大豆水肥耦合效應(yīng)盆栽試驗(yàn)研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,38(4):441-445.

[10]郭金強(qiáng),危常州,侯振安,等.北疆棉花膜下滴灌耗水規(guī)律的研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,42(4):205-209.

[11]鄭旭榮,胡曉棠,李明思,等.棉花膜下滴灌田間耗水規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉,2000,26(5):25-29.

[12]王柏,王孟雪,張忠學(xué),等.東北半干旱區(qū)大豆水肥耦合效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2007,26(5):86-89.

[13]周欣,郭亞芬,張忠學(xué),等.水分處理對(duì)大豆葉片凈光合速率、蒸騰速率及水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2007,28(3):374-376.

[14]徐世昌,戴俊英,沈秀瑛.水分脅迫對(duì)玉米光合性能及產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào),1995,21(3):356-363.

[15]邵光成,蔡煥杰,吳磊,等.新疆大田膜下滴灌的發(fā)展前景[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2001,19(3):122-127.